基于霍尔开关的螺纹连接件智能拆卸应用

随着世界范围内人们环境意识的普遍觉醒，对地球环境的保护和自然资源的有效利用日益受到重视，在工业领域掀起了“绿色制造”热潮。所谓“绿色制造“就是在产品的设计、制造使用报废和回收利用等全生命周期的各个环节，充分考虑对环境的影响，充分利用自然资源，减少对环境的污染，降低对自然资源的消耗。报废产品的回收利用就是其中的重要环节。将报废产品进行拆卸是回收利用的关键环节。

拆卸规划和拆卸装置是影响拆卸效益最大化的两个重要因素。目前对产品拆卸的研究主要集中于拆卸规划的研究 ，对拆卸装置的研究尚不多见。

螺纹连接是一种常用的机械连接方式，因此，螺纹拆卸是报废产品拆卸处理的重要组成部份。目前螺纹连接件的拆卸以手工拆卸为主，专用拆卸设备很少，有限的专用设备绝大部分只是实现了机械化和半自动化而对于拆卸状态进行检测分析，进而自动决定后续动作的智能控制方式尚不多见。

工件及拆卸控制要求

该类产品由上体和下体两大部分组成，上下体之问通过螺纹连接，上体内含有高能爆炸物。为保证连接的密封性，螺纹之间加有密封剂，螺纹结合紧密，结合力大。

智能拆卸的核心是对拆卸过程中出现的各种情况能够自动判断和处理，这一工作主要由控制系统完成。本工件在拆卸过程中可能出现的情况和对控制系统的要求如下。

1. 对于不同型号的产品，其上下体之间的螺纹结合长度不同，且往往无法事先得知。因此，要求控制系统能够自动判别是否旋卸完毕。
2. 上体上有两个盲孔，旋卸时，旋卸工具的卡笋插入此孔中进行旋卸。手工旋卸的经验表明由于盲孔的尺寸较小，当旋卸阻力过大时，极易发生旋卸工具将盲孔压溃甚至切削下体现象。当切削现象较严重时，会引发上体内的爆炸物爆炸。因此，要求控制系统能够及时发现和停止切削现象，确保旋卸安全。
3. 考虑到旋卸工具长期使用，可能出现卡笋折断或从盲孔中滑出从而使旋卸工作无法继续进行的现象，在此种情况下，系统应能作出判断并及时停止旋卸。
4. 当阻力较大，工件材料强度较低(比如铝质工件)时，有可能出现螺纹被破坏(滑扣)现象，此时应及时停止旋卸。
5. 当夹具对工件的夹持力不够时，就会出现打滑现象，此时应及时停止旋卸。

原理

如图2所示，采用多工位工作法。在第一工位装夹工件：第二工位旋卸工具自动插人工件上体的盲孔中：第三工位进行自动旋卸：在第四工位取出工件。工件在各工位之间的转换通过回转工作台的步进转动实现。除装卸工件外，整个拆卸过程全部自动完成。整机外观如图3所示。

要满足对控制系统的前述五点要求，必须及时检测和判断蝶纹的旋卸状态，常规的检测手段是使用扭矩传感器和位移传感器检测旋卸扭矩和工件的轴向位移，根据位移和扭矩的变化控制旋卸过程的进行。

霍尔开关具有定位精度高、成本低可靠性高和环境适应性强的特点，同时由于信号是开关量可简化电气控制系统的结构。

正常状态工作原理

在工件旋卸时，当不出现前述5种情况中的后4种现象时，属于正常状态。正常状态的工作原理如下。

如图4所示，当工件随回转工作台转为至旋卸工位时，主轴箱中的主轴开始下降，传感器轴的下端与旋卸轴接触后，随着主轴的下降传感器轴相对于主轴向上运动，传感器轴上滑的标准磁铁T₁与霍尔开关S₁之间的距离减小，当传感器轴下端与主抽轴端之间的间隙接近于零时，S₁发出高电平信号，控制系统使主轴停止下降，同时启动主轴旋转。通过主轴箱的齿轮变速系统强制主轴边旋转边上升，主轴每转一周上升的距离与工件的螺距相同，当螺纹全部旋出后，主轴仍然在上升，面此时工件上体由于没有螺纹的推动已经不再上升，离合器法兰盘在弹簧的推动下将传感器轴向下推，传感器轴上端的标准磁铁T₁与霍尔开关S₁之间的距离增大，S₁发出低电平信号，控制系统据此发出停止主轴旋转的指令，主轴停止旋转，快速上升至上极限位置，等待下一个工件的旋卸。

由于主轴停止旋卸的条件是工件上体停止上升，而正常旋卸情况下，只有当螺纹全部旋出时工件上体才停止上升，所以无论上下体之间的螺纹结合长度是多少都能够在其全部旋出后及时停止旋卸满足了旋卸控制的第一条要求。

非正常状态的处理

控制要求中第二 至第五条所对应的拆卸状态为非正常状态。当出现任何一种非正常 状态时，工件上体都会停止上升，此时传感器轴的动作与正常工况下螺纹全部旋出时的动作一致，即标准磁铁T₁与霍尔开关S₁，之间的距离增大S₁发出低电平信号，系统据此能够及时停止主轴的旋部，从而减少无效工作时间并可以有效地防止出现引发工件爆炸的严重后果。

如果实其中没有安装工件，主轴下降时就会到达下投限位置，S₃将发出高电平信号此种情况下，主轴将不再旋转，并直接快速上升至上极限位。